Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MTBE 2 I. GIỚI THIỆU CHUNG 2 II.TÍNH CHẤT CỦA METYL TERL BUTYL ETE 7 1.Tính chất lý học 7 2.Tính chất hóa học 8 3.Tính chất của MTBE ảnh hưởng tới công nghệ 9 III .NHU CẦU MTBE, TÌNH HÌNH SẢN XUẤT MTBE TRÊN THẾ GIỚI 10 IV. CƠ SỞ HÓA HỌC VÀ TỔNG HỢP MTBE 11 IV.1 Các phương pháp sản xuất 11 IV2 . Cơ sở hóa học tổng hợp MTBE 12 IV.2.1 Động học và cơ chế phản ứng 12 IV.2.2 Xúc tác 14 IV.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng 15 IV.3 Nguyên liệu 16 IV.3.1 Các nguồn nguyên liệu 16 IV.3.1.1 .Tính chất hóa lý của nguyên liệu 18 V. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MTBE TRÊN THẾ GIỚI 20 V.1.Sản xuất MTBE từ hỗn hợp khí C4 Raffinat1 từ phân xưởng etylen và từ hỗn hợp FCCBB từ quá trình cracking xúc tác 20 V.2 Sản xuất MTBE từ TertButyl Alcohol( TBA) 25 V.3 Sản xuất MTBE từ khí butan từ mỏ khí 25 CHƯƠNG II THIẾT KẾ QUY TRÌNH SẢN XUẤT MTBE 27 I. CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNGNGHỆ 27 II. THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 27 II.1 Xây dựng sơ đồ công nghệ 27 II.2 Các giai đoạn của quá trình sản xuất MTBE 28 II.2.1 Giai đoạn isome hóa 28 II.2.2 Giai đoạn đề hydro hóa 29 II.3 Thiết kế sơ đồ công nghệ 31 II.3.1 Thuyết minh quy trình công nghệ 31 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN QUY TRÌNH SẢN XUẤT 33 I. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 33 1. Tính cân bằng vật chất chung 34 2.Tính toán cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng ống chùm thứ nhất 44 3.Tính toán cân bằng vật chất cho thiết bị phản ứng chưng tách 46 II.Tính cân bằng nhiệt lượng 48 III. Tính toán thiết bị phản ứng chính 53 1.Tính toán thể tích làm việc của thiết bị phản ứng 53 2.Tính toán kích thước thiết bị phản ứng 57 3.Tính chiều dày đáy và nắp tháp 62 4.Tính đường kính ống dẫn nguyên liệu vào sản phẩm 64 5.Chọn mặt bích cho thiết bị 64 KẾT LUẬN: 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 68
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ QUY TRÌNH SẢN XUẤT MTBE NĂNG SUẤT 50.000 tấn/năm Trình độ đào tạo : Đại học Hệ đào tạo : Chính Quy Ngành : Công nghệ kỹ thuật hóa học Chuyên ngành : Hóa dầu Khóa học : 2010 – 2014 Lớp : DH10H2 GVHD : ThS. Nguyễn Văn Toàn Nhóm SVTH : Lý Văn Lăng Bùi Kim Đạt Nguyễn Văn Khánh Phạm Anh Khoa Vũng tàu, tháng 12 năm 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HÓA HỌC VÀ CNTP Độc Lập –Tự do –Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ I.Họ và tên nhóm sinh viên : Lý Văn Lăng Phạm Văn Khánh Phạm Anh Khoa Bùi Kim Đạt Nghành: Công nghệ kỹ thuật hóa học chuyên nghành hóa dầu 1.Tên đồ án: Thiết kế quy trình công nghệ sản xuất MTBE 2.Nội dung chính 2.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình tổng hợp 2.2.Thiết kế quy trình công nghệ - Sơ đồ công nghệ - Thuyết minh sơ đồ 2.3.Tính toán thiết kế - Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng - Tính toán thiết bị chính 3.Các bản vẽ - Bản vẽ chi tiết thiết bị chính : 1 bản A1 - Bản vẽ sơ đồ công nghệ sản xuất MTBE: 1 bản A1 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỠNG DẪN 1.Về tinh thần và thái độ thực hiện: 2.Kiến thức chuyên môn 3.Khả năng nhận thức thực tiễn 4.Đánh giá khác: 5.Kết luận chung kết quả làm đồ án: Vũng tàu, ngày….tháng….năm 2014 Giảng viên hướng dẫn LỜI CẢM ƠN! Lời đầu tiên cho phép nhóm chúng em được gửi lời cảm ơn đến ban giám hiệu trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu nói chung và Khoa Hóa Học & CNTT nói riêng đã tạo điều kiện cho chúng em thực hiện bản đồ án này. Đặc biệt xin cảm ơn thầy Nguyễn Văn Toàn và các thầy cô trong khoa đã có những đóng góp, tận tình chỉ dẫn giúp nhóm hoàn thiện bài báo cáo này. Trong quá trình làm báo cáo vẫn còn nhiều điểm hạn chế, kính mong nhận được những góp ý từ các thầy cô và các bạn sinh viên. Cuối cùng nhóm xin kính chúc Thầy Nguyễn Văn Toàn cùng toàn thể thầy cô trong khoa sức khỏe và thành công hơn nữa trong công việc và cuộc sống. Nhóm sinh viên MỤC LỤC Đồ án công nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Văn Toàn MỞ ĐẦU Trước vấn đề bảo vệ và chống ô nhiễm môi trường đang ngày càng được đề cập hiện nay, việc thay thế xăng pha trì, gây ô nhiễm môi trường, bằng xăng không pha chì là xu hướng chung của nhiều quốc gia trên thế giới. Để tăng trị số Octan của xăng người ta thay thế sử dụng phụ gia chì bởi các hợp chất chứa oxi có chỉ số octan cao và không gây ô nhiễm môi trường. Những hợp chất chứa Oxi thường sử dụng là Ete và rượu như Methanol, Ethanol và Metyl tert Butyl ete (MTBE) Etyl tert Butyl ete (ETBE)… Đây là những hợp chất có trị số Octan rất cao và thíc hợp để pha vào xăng nhằm làm tăng trị số octan trong xăng và cải thiện chất lượng xăng. Hợp chất chứa oxi chủ yếu để pha vào xăng hiện nay là MTBE. Đây là hợp chất oxi có những tính chất nổi bật như: có trị số octan cao, độ bay hơi thấp, bền oxi hóa…Và đặc biệt là không gây ô nhiễm môi trường. Các quốc gia phát triển hiện nay đều sử dụng có pha MTBE như là : Mỹ, Anh, Nhật, Đức… Nhu cầu về MTBE hiện nay trên thế giới không ngừng tăng cao cho nên các quá trình công nghệ sản xuất MTBE đã và ngày càng được hoàn thiện, lắp đặt ở nhiều nơi nhằm đáp ứng được nhu cầu sử dụng này. Hiện nay Việt Nam đã xây dựng xong nhà máy lọc dầu Dung Quất, và đang xây dựng thêm nhà máy lọc dầu Nghi sơn, do vậy nhu cầu sử dụng MTBE rất lớn, hơn nữa trước sức ép môi trường việc thiết kế tính toán dây truyền công nghệ sản xuất MTBE cho xăng là điều cẩn thiết và quan trọng. Đó là lý do thực hiện bản đồ án này. Trang 6 Đồ án công nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Văn Toàn PHẦN I TỔNG QUAN VỀ MTBE I. GIỚI THIỆU CHUNG Metyl terl Butyl Ete là hợp chất chứa oxi có khối lượng phân tử là 88,5 và có công thức cấu tạo là : CH 3 -O-C-CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 -O-C-CH 3 CH 3 CH 3 Nó được viết tắt là MTBE. MTBE là một trong những Ete có vai trò quan trọng với công nghiệp sản xuất xăng. Nó được dung chất phụ gia cho xăng để nâng cao trị số Octan của xăng, nhằm đáp ứng được yêu cầu làm việc của động cơ xăng cũng như đảm bảo về yêu cầu môi trường và sức khỏe con người. Trước đây việc nâng cao trị số octan cho xăng người ta dung chất phụ gia là nước chì (CH 3 ) 4 Pb, (C 2 H 5 )Pb.Tuy nhiên loại phụ gia này bên cạnh việc tang trị số octan, giảm giá thành sản phẩm xong vẫn còn một số nhược điểm làm ảnh hưởng tới sức khỏe con người chính vì lý do này mà nó bị cấm sử dụng, hạn chế sử dụng nước chì ở một số nước trên thế giới. Hiện nay, có một số giải pháp hữu hiệu để đạt tới trị số octan cao hơn khi không sử dụng nước chì như: • Pha trộn xăng có trị số octan cao ( như xăng của quá trình Ankyl hóa, izome hóa…) vào nhiên liệu có trị số octan thấp. • Nâng cấp và đưa thêm các thiết bị lọc dầu để sản xuất hỗn hợp xăng có trị số octan cao. • Sử dụng các chất phụ gia không chì như các hợp chất chứa oxi: Etanol, MTBE, ETBE,… Trong các phụ gia chứa oxi nói trên thì MTBE và Etanol được sử dụng nhiều nhất. Chẳng hạn như ở Mỹ, MTBE được pha trộn với 15% thể tích, Etanol Trang 7 Đồ án công nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Văn Toàn là 10% thể tích. Bên cạnh việc tăng trị số octan hỗn hợp của xăng với phụ gia chứa oxi đã giúp thải hydrocacbon và Co từ xe cộ sử dụng nhiên liệu. Bảng 1.1: trị số octan của một số chất chứa oxi Phụ gia chứa Oxi RON MON Methanol Etanol Terl- butanol Metyl terl -butyl ete(MTBE) Etyl terl - butyl ete (ETBE) Terl –amyl metyl ete ( TAME) 127-136 120-135 104-110 115-123 110-119 111-116 99-104 100-106 90-98 98-105 95-104 98-103 Từ đó ta nhận thấy, trị số RON của MTBE nằm trong khoảng 115-123, do đó hỗn hợp 15% MTBE trong xăng có trị số octan gốc là 87 sẽ tạo nên một hỗn hợp có trị số RON nằm trong khoảng 91-92, làm tăng từ 4 đến 5 đơn vị cacbon tương đương hàm lượng chì từ 0,1 -0,15g/l. Tương tự, trị số octan của Etanol là 120-135, do đó hỗn hợp 10% của Etanol với xăng có trị số octan là 87 sẽ tạo ra hỗn hợp có trị số RON vào khoảng 90-92. Nạn ô nhiễm môi trường trên thế giới trong những năm gần đây đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng. Một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường là khí thải của động cơ có chứa một lượng khí có hại như : Co, NO, NO 2 , …Lượng khí này đã ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường. Do vậy, vấn đề được đặt ra đầu tiên là phải giảm lượng khí thải làm cho nhiên liệu của động cơ và để làm được điều này thì ta phải làm cho nhiên liệu của động cơ sạch hơn, tức là phải sản xuất xăng sạch, hàm lượng thơm trong xăng thấp, hàm lượng Benzen thấp hơn 1%. Mặt khác để có hiệu suất của động cơ cao hơn, và tính năng thoát khí thải hoàn thiện hơn thì động cơ phải có tỷ số nén lớn hơn, tức là nhiên liệu phải có trị số octan cao, mà xăng chưng cất trực tiếp thì trị số octan thấp chưa đủ yêu cầu của động cơ. Do vậy người ta đã sử dụng các hợp chất nâng cao trị số octan để pha vào xăng, và phụ gia đầu tiên được sử dụng làm nhiên liệu cho xăng là TEL Trang 8 Đồ án công nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Văn Toàn (tetral etyl chì) và TML (tetra metyl chì) loại phụ gia này cho phép nâng cao đúng trị số octan và hạ giá thành. Tuy nước chì khi sử dụng pha vào xăng đã bù đắp được lượng octan thiếu hụt và giá thành xăng khá rẻ, song bên cạnh việc tạo nên được các ưu điểm thì nó cũng để lại các tác hại nghiêm trọng cho sức khỏe con người ( vì chì là chất độc tích lũy), cho môi trường và ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng của động cơn như: + Trong quá trình cháy tạo nên hợp chất chì rắn trong động cơ + Kích thíc sự nhiễm bẩn Bugi, làm tăng sự mài mòn Xylanh và các van + Làm mất hoạt tính của xúc tác trường hợp xử lý khí thải, chính những nhược điểm đó cho nên hầu hết các nước đã cấm mang chì làm chất phụ gia cho xăng. Giới hạn TEL cực đại trong xăng (g/l) ở một số nước năm 1998: Bảng 1.2 : giới hạn cực đại TEL trong xăng Nước Lượng TEL trong xăng (g/l) Mỹ Canada Ý ,Pháp ,Tây Ban Nha Các nước khác Australia Áo, Thụy Điển Triều tiên Venezuela Nhật Bản 0,26 0,291 0,399 0,151 0,304-0,840 0,151 0,301 0,840 0,00 Xu hướng hiện nay là sử dụng các phụ gia chứa oxi làm tăng trị số octan. Trong các hợp chất chứa oxi có ứng dụng thực tienx nhất là các Ete : Metyl terl -butyl ete(MTBE), Terl –amyl metyl ete ( TAME), Etyl terl - butyl ete (ETBE), …. Khi thêm các hợp chất oxi vào xăng ngoài việc làm tăng octan nó còn làm giảm lượng khí thải CO. Trang 9 Đồ án công nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Văn Toàn Hàm lượng Pb trong và aromatic cũng ảnh hưởng tới trị số octan của hỗn hợp nhiên liệu chứa MTBE vì nhiệt độ sôi của MTBE thấp nên ảnh hưởng của nó tới trị số octan của phân đoạn có nhiệt độ sôi Ts <100 0 C rất rõ rệt (đường 3). Quan hệ giữa trị số octan và hàm lượng MTBE. 1.Xăng có RON -88 2.Xăng có RON -81 3.Phân đoạn xăng có Ts < 100 0 C, RON -77 Khi cho MTBE vào trong xăng thì: • Không cần bất cứ sự thay đổi nào đối với động cơ hiện hành • Áp suất hơi của nhiên liệu giảm do vậy tổn thất bay hơi khi cấp nhiên liệu và vận hành giảm. • Giảm khối thải đặc biệt là CO và các Hydrocacbon chưa cháy • Thêm 20% thể tích MTBE vẫn khoogn có hại tới công suất động cơ cũng như tăng sự tiêu tốn nhiên liệu, trong điều kiện lạnh động cơ khởi động vẫn dễ dàng, ngăn cản sự đóng băng trong bộ chế hòa khí Trang 10 [...]... CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MTBE TRÊN THẾ GIỚI Các quá trình sản xuất MTBE khác nhau dựa trên các nguồn nguyên liệu khác nhau V.1 .Sản xuất MTBE từ hỗn hợp khí C4 Raffinat-1 từ phân xưởng etylen và từ hỗn hợp FCC-BB từ quá trình cracking xúc tác Sơ đồ khối của quá trình sản xuất MTBE từ khí C4 từ xưởng etylen: Trang 25 Đồ án công nghệ GVHD: ThS Nguyễn Văn Toàn Xưởng MTBE Metanol Khí Raffinat -1 C4S MTBE Nếu nguồn... Metanol được sản xuất với độ tinh khiết lớn hơn 99% và được sử dụng trực tiếp để sản xuất MTBE mà không cần phải xử lý thêm Metanol hiện nay được sản xuất với số lượng hoàn toàn có thể đáp ứng cho tổng hợp MTBE được Công suất các xưởng sản xuất Metanol hiện nay cho Trang 22 Đồ án công nghệ GVHD: ThS Nguyễn Văn Toàn phép sản xuất Metanol để tổng hợp MTBE với công suất MTBE lên tới 14.10 6 tấn/ năm (1993)... isobuten từ quá trình cracking xúc tác: Metanol Xưởng MTBE MTBE FCC - C4S Đây là nguồn nguyên liệu truyền thống thường được sử dụng trong các xưởng sản xuất MTBE trên thế giới Vì vậy quá trình sản xuất đi từ hỗn hợp khí Raffinat-1 hoặc FCC-BB là quá trình sản xuất MTBE phổ biến trước đây Ưu điểm của nó là giá thành sản xuất rẻ, do nguyên liệu là có sẵn giá thành sản phẩm rẻ vì nguyên liệu là các sản phẩm... nguyên liệu iso buten của quá trình đề hyđrat hoá TBA TBA thu được là đồng sản phẩm trong quá trình sản xuất propylen oxit Sơ đồ quá trình: Đề hyđrat hoá MTBE MTBE TBA Iso buten V.3 Sản xuất MTBE từ khí butan từ mỏ khí Đây là xu hướng sản xuất mới sử dụng nguyên liệu là phần butan tách từ khí tự nhiên với trữ lượng lớn Sơ đồ quá trình sản xuất MTBE từ khí n-butan như sau: Quá trình bao gồm 3 giai đoạn:... II THIẾT KẾ QUY TRÌNH SẢN XUẤT MTBE CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ I Có thể sử dụng công nghệ của CD Tech để sản xuất MTBE từ nguồn nguyên liệu hỗn hợp C4 Raffinal-1 hay FCC-BB để đạt độ chuyển hóa cao và đơn giản ( lắp đặt trong nhà máy lọc dầu) Hiện nay công nghệ mới để sản xuất MTBE có triển vọng là công nghệ sản xuất MTBE từ khí Butan mỏ Mặc dù đầu tư ban đầu cho công nghệ này lớn, song có thể sản xuất. .. metacylic acid và isopren, sản xuất isobutene (phân hủy MTBE) Có nhiều quá trình công nghệ sản xuất MTBE của các hãng trên thế giới đã được phát minh và lắp đặt để sản xuất MTBE Qua trình công nghệ của hãng Snamprogeti (mỹ) sử dụng nguyên liệu là hỗn hợp khí C 4 chứa Isobuten Qúa trình HILL ( Đức) quá trình của CD Tech dung nguyên liệu C 4 và C5 Qúa trình ARCO với nguyên liệu từ quá trình Dehydrat hóa Terl... tới thiết bị dehyđro hoá Metanol được dẫn tới thiết bị tái sinh và quay trở lại thiết bị phản ứng (1) để trộn vào dòng Metanol và isobutylen Hệ thống thiết bị này cho phép dễ dàng thay xúc tác mà không phải dừng quá trình lại Quá trình cho phép thu hồi MTBE với hiệu suất cao Trang 29 Đồ án công nghệ GVHD: ThS Nguyễn Văn Toàn V.2 Sản xuất MTBE từ Tert-Butyl Alcohol( TBA) Đây là quá trình sản xuất MTBE. .. có thể sản xuất với công suất lớn Công nghệ mới của hang PHILIPS cho ra sản phẩm MTBE với hiệu suất cao hơn so với các công nghệ khác Ưu điểm : Với quy trình đã lựa chọn sẽ cho hiệu suất chuyển hóa , năng suất cao nhất và giá thành của nguyên liệu thấp hơn Bảng 2.1 tổng kết giá nguyên liệu sản xuất MTBE Cents/Pound Iso buten từ quá trình Cracking 9,5 hơi nước Iso buten từ quá trình Cracking 9,5 xúc tác... nói trên nên để tăng độ chuyển hóa tạo MTBE, trong công nghệ người ta sử dụng kỹ thuật phản ứng chưng tách trong các tháp chưng tách và có đặt các lớp xúc tác trong đó Đây là kỹ thuật phản ứng mới và rất thíc hợp để sản xuất MTBE Trang 14 Đồ án công nghệ III GVHD: ThS Nguyễn Văn Toàn NHU CẦU MTBE, TÌNH HÌNH SẢN XUẤT MTBE TRÊN THẾ GIỚI Nhu cầu MTBE trên toàn cầu hang năm tăng 20% trong giai đoạn từ năm. .. vùng vịnh Nhược điểm: Vốn đầu tư ban đầu cho công nghệ hơi lớn II THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ II.1 Xây dựng sơ đồ công nghệ Khí n - Butan Xúc tác Methanol Trang Tổng 32 Isome hợp hóa MTBEhóa Đề MTBE hydro Xúc tác Đồ án công nghệ GVHD: ThS Nguyễn Văn Toàn Hình 2.1 sơ đồ khối công nghệ sản xuất MTBE II.2 Các giai đoạn của quá trình sản xuất MTBE II.2.1 Giai đoạn isome hóa Isome hóa khí n- Butan ở nhiệt . Thiết kế quy trình công nghệ sản xuất MTBE 2.Nội dung chính 2.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình tổng hợp 2.2 .Thiết kế quy trình công nghệ - Sơ đồ công nghệ - Thuyết minh sơ đồ 2.3.Tính toán thiết. acid và isopren, sản xuất isobutene (phân hủy MTBE) Có nhiều quá trình công nghệ sản xuất MTBE của các hãng trên thế giới đã được phát minh và lắp đặt để sản xuất MTBE. Qua trình công nghệ của. để sản xuất MTBE. Trang 14 Đồ án công nghệ GVHD: ThS. Nguyễn Văn Toàn III NHU CẦU MTBE, TÌNH HÌNH SẢN XUẤT MTBE TRÊN THẾ GIỚI Nhu cầu MTBE trên toàn cầu hang năm tăng 20% trong giai đoạn từ năm